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1、2005年7月农业机械学报第36卷第7期3生物非光滑耐磨表面仿生应用研究展望任露泉 杨卓娟 韩志武 【摘要】 指出生物非光滑耐磨表面现象的普遍性,对贝壳、牙齿等天然生物耐磨表面几何形态特征进行分析,介绍了生物非光滑耐磨技术在缸套、轧辊、耐磨涂层等方面应用研究的进展情况。同时,对仿生非光滑耐磨理论与技术研究中存在的问题及发展趋势进行分析与展望。关键词:仿生 非光滑表面 耐磨性 应用中图分类号:TH117.1;Q81116文献标识码:ANon-smoothWearableSurfacesofLivingCreaturesandTheirBionicApplicationRen
2、LuquanYangZhuojuanHanZhiwu(JilinUniversity)AbstractTheuniversalityofwearablephenomenaofbiologicnon2smoothsurfaceswaspointedout.Thegeometricalcharacteristicsofthesesurfaces,suchassurfacesofshellsandanimalteeth,wereanalyzed.Theapplicationsofnon2smoothwearablesurfacesinpartsofcylinderliner,ro
3、llers,andsoon,werereviewed.Besides,someunsolvedproblemsanddevelopingoutlookonthebionicnon2smoothwearabletheoryandsomeappliedtechnologiesonitwereanalyzedandpredicted.KeywordsBionics,Non2smoothsurface,Wearresistance,Application陆地、海洋或是天空中的生物,其表面的不同形貌往引言往都是为适应不同的生活环境需要而进化成的。天植物和动物在亿万年的自然进化中,不仅
4、完全空中飞行的生物的体表或翅膀并未进化为光滑的表适应其生存环境而且其程度接近完美。实际上一些皮或翼膜,而是由羽毛组成的低能量非光滑表面;水植物和动物的特殊功能超越了人类,因此,近几十年中生物的体表,尤其是行动敏捷的生物,其体表也不来仿生学发展异常迅速。仿生学试图在技术方面模是光滑的,而是由鳞片或皮下结缔组织构成的非光[1～4]仿动物和植物在自然中的功能,仿生技术将各滑表面;生活在粘湿土壤中而又不易粘附土壤的生种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物物体表也都表现为非光滑表面形态,生物非光滑表模型进行研究,实现新的技术设计并制造出更好的面的形貌特征与其功能特性关系是工程仿
5、生学研究新型仪器、机械等。的一个方向。对生物非光滑技术的研究,主要集中于生物非光滑表面普遍存在于自然界中,无论是非光滑表面的减阻、脱附和耐磨方面。收稿日期:200501143国家“863”高技术研究发展计划资助项目(项目编号:2002AA331180)、教育部跨世纪优秀人才培养计划资助项目(项目编号:20030720)和吉林省杰出青年基金资助项目(项目编号:20040104)任露泉 吉林大学生物与农业工程学院 教授 博士生导师,130025 长春市杨卓娟 吉林大学生物与农业工程学院 博士生韩志武 吉林大学生物与农业工程学院 教授 博士生导师©1994-2009ChinaAc
6、ademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 第7期任露泉等:生物非光滑耐磨表面仿生应用研究展望145结构形态。②凹坑状:以贝壳为例,如图1b所示。凹1 生物非光滑耐磨表面形态坑直径约10～30Lm,形状多数近似椭圆状或圆形,2仿生学认为,生物的器官、结构和功能是为适应凹坑单元分布密度为2000～3000个ömm,单元基生存环境经过亿万年的长期进化而形成的最佳结本呈随机分布。③沟槽状:以贝壳为例,如图1a所果。生物非光滑表面同样是长期进化的结果。按生示。贝壳表面凸起单
7、元分布整体呈沟槽状,沟槽间距物进化论,生物生长中会受到外力的作用或刺激,这在50Lm以下,沟脊之间近乎平行或呈中心辐射状。些外力的刺激不可能是均匀地、全面地覆盖于其全④鳞片状:穿山甲体表具有典型的鳞片状形[8～10]部体表,依据生物“用进废退”学说,部分反复经受刺貌,如图2所示。激作用的部位可能就会出现一定凸起或凹陷,最终进化形成形态各异的非光滑生物表面。基于同样的逻辑推理,生物非光滑耐磨体表也正是这些生物在其生存的自然环境中长期经受不均衡外力刺激或作用的结果。吉林大学研究人员最早于1990年提出生物非[5]光滑概
